宏程序在异形螺纹车削中的应用案例

江苏大学机电总厂 （镇江 212013）袁 进 徐晓翔 沈春根

1.问题的提出

（1）螺纹车削常见循环指令简介 螺纹车削是在车床上，通过控制进给运动与主轴旋转运动形成一定的比例关系，加工特殊螺旋槽的过程。其中螺纹形状主要是由车刀截面形状和安装位置决定的，螺距是由刀具的进给量大小决定的。

在目前的FANUC和广州数控系统的车床上加工螺纹一般提供3种方法：G32为直进式切削方法、G92为直进式固定循环切削方式和G76为斜进式复合固定循环切削方式。直进式特点是工艺简单、编程方便，但造成两条切削刃同时承受切削力，切削刃容易磨损，也极易产生扎刀现象，因此一般用于车削螺距较小（P≤2mm）的螺纹；斜进式特点是进刀路径沿着同一个方向斜向进给，理论上车刀属于单面切削，不易产生扎刀现象。这两种车削螺纹的方法是数控车床上经常使用的螺纹加工方法，但是在加工大螺距、特殊牙型的螺纹时，会出现不同程度的振动现象，即螺距越大，加工深度越深，加工时刀刃部位所受到切削力越大。

（2）螺纹车削常见循环指令加工路径比较 直进式螺纹切削指令G92的走刀路径方式如图1所示；斜进式螺纹切削指令G76的走刀路径方式如图2所示。

除了上述两种常见螺纹切削走刀方式外，还可以采用左右切削进刀法，该方式很适合加工大螺距、多头螺纹等零件的粗加工，这种进刀方式如图3所示，其切削顺序依次为1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12，每层背吃刀量还可以进行递减控制。采用这样的加工方式，可以大大改善刀刃的受力状况，当然最后精加工时需要对牙型两侧和底面进行修光加工。

图1 G92指令走刀方式

图2 G76指令走刀方式

图3 左右进刀方式和顺序

显然，在现有螺纹车削指令和提供的刀具路径的基础上，利用宏程序强大的变量设置、逻辑判断和程序控制功能，可以更加方便地去控制复杂螺纹，包括异形螺纹、圆弧螺纹和变距变深螺纹车削加工时的牙型尺寸参数、走刀路径和走刀顺序。

2.应用研究案例

（1）异形螺纹工艺及其切削用量的选择 如图4所示工件的中间段为异形螺纹，螺纹的螺距为10 mm，单侧牙深为2.5mm，牙侧角30°，牙槽底宽度为3.2mm，螺纹轴向长度为89mm，两侧φ10mm长度均为20mm，工件材料为45钢，用宏程序编制车削该异形螺纹。

图4 异形螺纹主要尺寸及其三维造型

其工艺分析和加工路线如下安排：①准备毛坯尺寸为φ25mm×129mm，其中φ25mm外圆和台阶端面已经完成加工。②装夹方式：普通自定心卡盘，采用的一顶一夹的方式；刀具：车削端面和外圆采用90°外圆车刀；车削螺纹采用方牙螺纹刀（为1号刀），刀宽等于或者小于螺纹底径的槽宽，取2mm，手工刃磨刀具，刀片材料为硬质合金；量具：规格为0～150mm的游标卡尺和规格为25～50mm的千分尺。③确定切削用量：车削矩形（即方牙）螺纹采用等深度切削，每次背吃刀量为0.1mm（半径值）；车削右边斜面，设X向为自变量，Z向为应变量（由三角函数公式计算得出），采用等深度赶刀逼近螺纹形状。④制定附表所示的车削工序卡。

数控车削异形螺纹的工序卡

（2）异形螺纹编程思路和刀路设计方法 ①本实例车削异形螺纹可以分为两步：第一步预先车削成方牙螺纹（假设刀宽为2mm）；第二步利用方牙螺纹刀车削右面牙型斜面。②本实例车削异形螺纹与车削普通大螺距螺纹、梯形螺纹一样，依靠左右赶刀方法来加工牙型，而本实例中车削异形螺纹不使用成形刀时，只能通过单面赶刀来加工异形螺纹的牙型轮廓，车削其牙型的赶刀刀路如图5所示。

图5 异形螺纹加工刀路示意 （前置刀架）

3.结语

（1）本实例为异形螺纹的车削，由于形状比较特殊，常见方法是采用成形刀具来加工。如果采用常规刀具加工需要结合宏程序，才能达到较好的加工效果，特别是针对异形螺纹的牙型基本尺寸有所变化的场合。

（2）本实例中提供的思路有一定的改进空间，因为方牙螺纹在实际加工中属于难加工的一种，要求机床操作者具有较高的实际加工经验和操作技能，而本实例提供的宏程序思路拓展了该类螺纹的加工方法。

（3）本实例采用宏程序车削异形螺纹的编程思路和刀路设计方法，同样适合于梯形螺纹、圆弧形螺纹和变距变深螺纹的数控车削加工。